Applicability of LBB concept to tokamak-type fusion machine

トカマク型核融合装置におけるLBB概念の適用性評価

中平 昌隆

Nakahira, Masataka

トカマク型核融合装置は、プラズマの自動消滅という固有の安全性を有している。わずか0.1g/s以下の水リークによりプラズマが消滅するが、この際ディスラプションを起こすことがある。このプラズマディスラプションは、真空容器及びプラズマ対向機器に電磁力を発生させる。真空容器は、トリチウムや放射性ダスト等の物理障壁であり、もし貫通き裂からのリークによって発生する電磁力に対し、不安定破壊することがなければ、構造安全性は確保され、固有の安全性を実証することになる。本報告では、上記のような破断前漏洩(Leak Before Break, LBB)概念の真空容器への適用性を評価するため、解析モデルを構築し、クラック状の貫通き裂を模した真空リーク試験によりその妥当性を検証した。本解析により、プラズマを消滅されるための限界き裂長さは約2mmと見積もられ、一方真空容器を不安定破壊させる限界き裂長さは約400mmと見積もられた。したがって真空容器は貫通き裂からのリークによって発生する電磁力に対し、不安定破壊することは無いと結論づけられ、構造安全性を確保するとともに固有の安全性を実証した。

A tokamak-type fusion machine has been characterized as having inherent plasma shutdown safety. An extremely small leakage of cooling water will cause a plasma disruption. This plasma disruption will induce electromagnetic forces (EM forces) acting in the vacuum vessel (VV) which forms the physical barrier enclosing tritium and activated dust. If the VV has the possibility of sustaining an unstable fracture from a penetrating crack caused by EM forces, the structural safety will be assured and the inherent safety will be demonstrated. This paper analytically assures the Leak-Before-Break (LBB) concept as applied to the VV and is based on experimental leak rate data of a through crack having a very small opening. Based on the analysis, the critical crack length to terminate plasma is evaluated as about 2 mm. On the other hand, the critical crack length for unstable fracture is obtained as about 400 mm. It is therefore concluded that EM forces induced by small leak to terminate plasma will not cause the unstable fracture of VV, and then the inherent safety is demonstrated.